论文总字数：23283字

摘 要

风能作为一种可再生能源，因其清洁无污染的特点得到了大力发展。利用风能能够优化能源结构，减轻人类对传统化石能源的依赖，是人类应对能源危机、环境恶化的有效手段之一。目前，水平轴风力发电机组是人类利用风能进行发电的最主要形式。其中风轮叶片是风力机捕获风能的关键所在。因此，叶片的气动性能直接影响了风力发电机的效率和经济性。而添加后缘襟翼被公认是一种降低叶片载荷，改善叶片气动性能的有效方法。

本论文设计了一种6兆瓦水平轴风力发电机后缘襟翼系统。根据所学空气动力学、风力发电机组设计与制造、机械设计等专业知识，完成了对水平轴风力发电机叶片设计与后缘襟翼尺寸参数的确定。运用CATIA、Ansys软件对所设计叶片以及后缘襟翼进行了三维建模和仿真分析，借助CAD软件设计了后缘襟翼的驱动结构。结果表明，与原叶片相比，加装了后缘襟翼的叶片气动性能更优，所受载荷更小。

关键词：水平轴风力发电机；叶片气动性能 ；后缘襟翼 ；驱动结构

Design of trailing edge flap system for 6MW horizontal axis

wind turbine

Abstract

Wind energy, as a kind of renewable energy, has been developing vigorously in recent years due to its clean and pollution-free characteristics. The utilization of wind energy can optimize the energy structure and reduce the dependence of human beings on traditional fossil energy. It is one of the effective means for human beings to cope with the energy crisis and environmental degradation. At present, horizontal axis wind turbine is the most important form of wind power generation. The wind turbine blade is the key to capture wind energy. Therefore, the aerodynamic performance of blades directly affects the efficiency and economy of wind turbines. The addition of the trailing edge flap is recognized as an effective method to reduce the blade load and improve the aerodynamic performance of the blade.

In this paper, a 6 mw horizontal axis wind turbine trailing edge flap system is designed. According to the professional knowledge of aerodynamics, wind turbine design and manufacturing, mechanical design, etc., the design of the horizontal axis wind turbine blade and the determination of the size parameters of the trailing edge flap were completed. The 3d modeling and simulation analysis of the designed blade and the trailing edge flap were carried out by using CATIA and Ansys software, and the driving structure of the trailing edge flap was designed with the help of CAD software. The results show that compared with the original blade, the aerodynamic performance of the blade equipped with the trailing edge flap is better and the load is smaller.

Key words: Horizontal axis wind turbine; aerodynamic performance of blades; trailing edge flap; driving structure

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章　绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 后缘襟翼研究现状 2

1.3 课题意义 3

1.4 研究内容 3

第二章　风力机基础理论 4

2.1 风轮动量理论（贝茨极限理论） 4

2.2 叶素理论 6

2.3 叶素动量理论 7

第三章　风力机叶片设计 9

3.1 风力机参数确定 9

3.2 翼型的选择 10

3.3 叶片设计方法及参数计算 11

3.4 叶片气动载荷计算 13

第四章 叶片气动性能分析 16

4.1 叶片的三维建模 16

4.2 风轮模型的网格划分 18

4.3 风轮压力及速度分布 21

第五章 后缘襟翼系统设计 23

5.1 后缘襟翼基本参数设计 23

5.2 后缘襟翼系统结构 23

5.3 驱动装置结构设计 25

5.3.1驱动装置总体传动方案设计 25

5.3.2电动机及联轴器选型 24

5.3.3传动比分配方案 25

5.3.4蜗轮蜗杆传动设计 26

5.3.5圆柱齿轮传动设计 30

5.3.6链传动设计 31

5.3.7轴的设计 34

5.4 加装后缘襟翼风轮气动分析 37

第六章 总结与展望 38

6.1 总结 38

6.2 展望 38

第七章 经济性分析 39

参考文献 40

致谢 42

第一章　绪论

1.1 研究背景

第一次工业革命以来，能源在人类社会、经济、文明发展过程中始终扮演着重要角色，而石油、煤炭等化石能源的地位更是举重若轻。伴随着人类因追求极速发展而愈加肆意地开采利用，作为短期难以恢复的不可再生能源，煤炭、石油等化石能源的枯竭似乎可以预见。不仅如此，过度燃烧化石燃料产生的二氧化碳、二氧化硫等污染气体加速了臭氧层的分解，温室效应加剧、南极冰川溶解等现象为人类敲响警钟。1992年联合国环境与发展大会^[1]，出于对能源与环境如何平衡发展的问题以及为了应对日益严重的能源危机，通过了一系列文件。新能源产业进入飞速发展阶段。

风作为一种常见的自然现象，是空气相对地球表面运动的体现。形成原因主要是大气的动热空间不均。风能作为新能源之一，很早就进入了人们的视野。为了能够从风能中捕获机械能并转化为可供人类利用的电能，风力发电技术应运而生。

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